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2-Level Quantum Systems in 2-D Materials for Single Photon Emission

DOI:10.1021/acs.nanolett.8b04159 期刊:Nano Letters 出版年份:2018 更新时间:2025-09-04 15:30:14
摘要: Single photon emission (SPE) by a solid state source requires presence of a distinct two-level quantum system, usually provided by point defects. Here we note that a number of qualities offered by novel, two dimensional materials—their all-surface openness and optical transparence, tighter quantum confinement, and reduced charge screening—are advantageous for achieving an ideal SPE. Based on first principles calculations and point-group symmetry analysis, a strategy is proposed to design paramagnetic defect complex with reduced symmetry, meeting all the requirements for SPE: its electronic states are well isolated from the host material bands, belong to a majority spin eigenstate, and can be controllably excited by polarized light. The defect complex is thermodynamically stable, and appears feasible for experimental realization, to serve as a SPE-source, essential for quantum computing, with ReMoVS in MoS2 as one most practical candidate.
作者: Sunny Gupta,Ji-Hui Yang,Boris I. Yakobson
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研究概述 实验方案

To design and identify defects in two-dimensional materials that can form efficient two-level quantum systems for single photon emission (SPE), essential for quantum computing and information processing.

The study proposes a general strategy for creating two-level quantum systems in two-dimensional materials by adding a paramagnetic impurity adjacent to a vacancy defect. This approach is validated across various 2D materials, with ReMoVS in MoS2 identified as a particularly promising candidate for SPE due to its transition energy in the optimal range for optical telecommunication.

The study is theoretical and relies on computational models. Experimental realization of the proposed defect complexes and their performance in actual SPE applications need further validation.

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